Расчет регулирующей ступени

В курсовой работе для всех вариантов предполагается применение двухвенечной регулирующей ступени (колесо Кертиса). Применение двухвенечной регулирующей ступени позволит:

­ сократить число ступеней давления, поскольку колесо Кертиса срабатывает до 1/3 от общего теплового перепада;

­ резко снизить давление и температуру пара. Это вызовет рост удельного объема пара за регулирующей ступенью, что увеличит высоту лопаток ступеней давления и ликвидирует на них парциальность. Снижение давления за соплом регулирующей ступени уменьшит утечки пара через переднее концевое уплотнение, а уменьшение температуры пара повысит прочность материала ротора и статора турбины;

­ повысить КПД турбины на переменных режимах работы, поскольку колесо Кертиса имеет более пологую характеристику внутреннего относительного КПД ( ), чем одновенечная регулирующая ступень. Последнее особенно важно для турбин с противодавлением, работающих в режимах резко-переменной нагрузки.

 

2.4.1 Порядок расчета регулирующей ступени

1. Задаемся средним диаметром регулирующей ступени d_рс, взяв значение его из прототипа (см. Приложение А).

2. Задаемся отношением X^рс_о = в пределах X ^рс_о = 0,26 ÷ 0,32.

3. Определяем окружную скорость U на среднем диаметре ступени

, м/с. (2.10)

4. Находим фиктивную скорость С₀ на выходе пара из сопел ступени

, м/с. (2.11)

5. Вычисляем располагаемый тепловой перепад h^рс_о ступени

, кДж/кг. (2.12)

Контроль: < (1/3 * H_о).

При ≥ (1/3 * H_о) необходимо увеличить и повторить расчет.

 

6. Выбираем суммарную степень реакции ступени Σρ

	0,26	0,28	0,30	0,32
Σρ	0,08	0,10	0,12	0,14

7. Определяем располагаемый тепловой перепад на сопловую решетку

h_ос = (1- Σρ) , кДж/кг. (2.13)

8. Находим по i-s диаграмме состояние пара за сопловой решеткой при изоэнтропийном расширении (точка 3^´ на рисунке 2.1):

а) удельный объем ν ´= ν_1t, м³/кг;

б) давление , бар.

9. Вычисляем отношение давлений

ε = (2.14)

и сравниваем его с критическим отношением ε_кр = 0,546:

а) при ε < ε_кр необходимо уменьшить d_рс и повторить расчет с п.1 (2.4.1);

б) при ε > ε_кр расчет можно продолжить.

Соблюдение условия ε > ε_кр позволит применить суживающиеся сопла, которые создают дозвуковые скорости истечения пара и обладают более устойчивым и высоким КПД, чем расширяющиеся сопла, создающие сверхзвуковые скорости истечения пара и применяющиеся при ε < ε_кр. Однако последние также эффективны при установке специальных профилей.

10. Рассчитаем теоретическую скорость истечения пара С_1t из сопловой решетки

С_1t = , м/с. (2.15)

11. Определяем комплекс el_c

, м (2.16)

где e – степень парциальности ступени;

l_c - высота сопла, м;

μ_с = 0,97 – коэффициент расхода сопл;

α₁ - эффективный выходной угол сопл, который выбирается в зависимости от N_э

 

Nэ, МВт	более 100	от 100 до 50	от 50 до 25	от 25 до 10	менее 10
α1, град	15 ¸ 16	14	13	12	11

 

При < 0,002 удовлетворительно спроектировать регулирующую ступень невозможно, и следует, принять меньшее значение d_{рс ,} проделав предыдущий расчет повторно.

 

12. Выбираем оптимальное значение степени парциальности:

	более 0,02	от 0,01 до 0,02	от 0,005 до 0,01
eопт	0,8 ¸ 0,85	0,5 ¸ 0,8	0,2 ¸ 0,5

 

13. Находим высоту сопловой решетки

м. (2.17)

Минимальная высота сопл, которая может быть допущена по условиям потерь в сопловой решетке, l_{c min} = 10 * 10^-3 м. Исходя из условий прочности максимальные значения высот сопл - l_{c max} = 60 * 10^-3 м

14. Определяем скоростной коэффициент суживающихся сопел φ в зависимости от высоты l_c по рисунку 2.3.

15. Вычисляем потерю тепла ∆h_c в сопловой решетке

∆h_c = (1- φ²) h_ос. (2.18)

16. По рисунку 2.4 находим внутренний относительный КПД η_oi^pc ступени.

17. Рассчитываем использованный теплоперепад h_i^pc в регулирующей ступени

h_i^pc = η_oi^pc *·h_о^рс, кДж/кг. (2.19)

18. Вычисляем величину энтальпии пара за сопловой решеткой

i₃ = i_o - h_oc + ∆h_c, кДж/кг. (2.20)

19. Находим величину энтальпии пара за регулирующей ступенью

i₄ = i_o - h_i^pc, кДж/кг. (2.21)

20. Заканчиваем построение предварительной схемы теплового процесса турбины в i-s диаграмме. Определяем давление пара за регулирующей ступенью, для чего необходимо вниз от точки 2 по изоэнтропе S₂ отложить величину располагаемого теплового перепада ступени h_о^рс (точка 4^¢ на рисунке 2.1). На пересечении линий i₃ = const и изобары Р₁^рс строим точку 3, которая характеризует собой действительное состояние пара за соплами регулирующей ступени. На пересечении линий i₄ = const и изобары
Р₂^рс получаем точку 4 конца процесса в регулирующей ступени и начала процесса в первой ступени давления. Наносим на схему числовые значения всех найденных величин.

Соединив последовательно прямыми линиями точки 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7 получим изображение предварительной схемы теплового процесса турбины в i-s диаграмме.